Chương 1- Tổng quan về các hạt cơ bản Chương này trình bày thông tin về các hạt cơ bản và các tương tác giữa chúng. Từ đó, đưa ra cách phân loại các hạt cơ bản.1 nói sơ lược về một số cấu trúc vi mô của vật chất trong vũ trụ.2 phân loại các hạt cơ bản gồm: Hạt fermion và hạt boson. Trong đó, hạt fermion là hạt có spin bán nguyên, với 12 hương quark và 12 hương lepton, còn hạt boson có higgss boson và gauge boson.3 tìm hiểu về bốn lực tương tác của các hạt cơ bản đó là tương tác mạnh, tương tác điện từ, tương tác yếu và tương tác hấp dẫn. Chương 2 - Mô hình chuẩn Chương này trình bày về nội dung của mô hình chuẩn như là một mô hình được cộng nhận rộng rãi trong việc nghiên cứu vật lý năng lượng cao.
Xuất phát từ mô hình chuẩn là lý thuyết chuẩn của nhóm đối xứng SU SU U bị phá vỡ tự phát ta có cấu trúc hạt của mô hình chuẩn như trong mục 2.3 là cơ sở lý thuyết được sử dụng trong mô hình chuẩn như: Lý thuyết trường chuẩn, vi phạm đối xứng tự phát và cơ chế higgs.8 trình bày chi tiết về mô hình chuẩn bắt đầu từ Lagrangian tổng hợp (2.4), đến hình thành khối lượng của các hạt fermion và hạt boson (2. Cho đến các biểu thức tường minh của dòng mang điện, dòng trung hòa như trong mục 2.7 và thu được ma trận CKM của các quark mục 2. Từ đó, ta thấy mô hình chuẩn đã có được những thành công 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Thùy Vật lý lý thuyết và Vật lý toán rất lớn trong việc giải thích các kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, mô hình chuẩn vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề chưa được giải quyết như trình bày ở mục 2.
Chương 3 - Bài toán phân bậc gauge trong mô hình chuẩn Trình bày về một vấn đề lý thuyết quan trọng của mô hình chuẩn. Đó là bài toán phân bậc gauge và những giải pháp để giải quyết vấn đề này.1 trình bày về nguồn gốc của bài toán phân bậc gauge cụ thể là sự xuất hiện của hai thang năng lượng cách nhau rất xa và sự xuất hiện của phân kỳ bậc hai khi tính đến các bổ chính lượng tử. Từ đó, đưa ra một số giải pháp để giải quyết cho bài toán phân bậc gauge trong mục 3. Chương 4 - Lời giải siêu đối xứng cho bài toán phân bậc gauge.
Chương này trình bày về một lời giải cho bài toán phân bậc gauge dựa trên ý tưởng về siêu đối xứng mục 4. Dựa vào mô hình Weinberg – Salam – Glashow siêu đối xứng để các đại lượng phân kỳ bậc hai từ các bổ chính của các cặp đồng hành sẽ tự động triệt tiêu lẫn nhau được tính toán chi tiết ở mục 4. Khi đó, vấn đề phân bậc gauge được giải quyết. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Thùy Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ CÁC HẠT CƠ BẢN 1.
Sơ lƣợc về một số cấu trúc vi mô của vật chất trong vũ trụ. Từ xưa đến nay, các nhà khoa học đã và đang nổ lực nghiên cứu để có được một lý thuyết hoàn chỉnh về hạt cơ bản và các cấu trúc cơ bản của vật chất trong vũ trụ, phản ánh được bản chất của vũ trụ. Thành tựu đầu tiên đó là phát hiện hạt nguyên tử, kế đến là hạt nhân nguyên tử và hạt electron, rồi đến hạt proton, hạt neutron trong hạt nhân. Trong đó,hạt proton (có điện tích +1, khối lượng m = 1,67262158.
kg, spin = 1/2) và hạt neutron (không mang điện tích, khối lượng m = 1,67492716.Nguyên tử được phân bố theo số proton và neutron trong hạt nhân của nó. Hạt nhân nguyên tử có kích thước m, Nguyên tử chứa một hạt nhân ở trung tâm bao quanh bởi đám mây điện tích âm các electron. Trước đây, các hadron được coi là các hạt cơ bản, như hạt proton, neutron, meson (pion), ., thì bây giờ việc coi chúng là các hạt phức hợp có cấu trúc bên trong tỏ ra hợp lý hơn.Các hadron tương tác với nhau thông qua lực hạt nhân, còn gọi là lực “tàn dư” của tương tác mạnh. Đa số hạt Hadron không bền vững, là các hạt cộng hưởng có thời gian sống nhỏ hơn s, bị phân rã thành các Hadron nhẹ hơn do tương tác mạnh.
Các Hadron gần bền vững sống lâu hơn, phân rã do tương tác yếu. Khi là hệ quark và phản quark thì chúng được gọi là meson, còn khi chúng là hệ ba quark thì được gọi là baryon. - Nhóm baryon: Gồm các hạt có spin bán nguyên s = 1/2, 3/2, có số baryon bằng 1, là phức thể gồm ba hạt quark. Các baryon tìm thấy đầu tiên là p, n.
Chúng được coi là hai thành phần isospin khác nhau, hoặc hai trạng thái điện tích khác nhau của một hạt, đó là nucleon. - Nhóm meson: Gồm các hạt có spin nguyên s = 0, 1, có số baryon bằng không. Chúng là phức thể gồm một quark và một phản quark. Các meson tìm thấy đầu tiên là – meson.
Chúng gồm ba hạt, có điện tích bằng 1, và một hạt trung hòa điện tích là. Các hạt này được giả định là truyền tương tác hạt nhân giữa các nucleon. Ví dụ: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Thùy Vật lý lý thuyết và Vật lý toán p n 1. Các hạt cơ bản được chia làm 2 nhóm chính là fermion (các hạt tạo nên vật chất trong vũ trụ) và boson (các hạt truyền tương tác).
Hạt Fermion: Hạt fermion là nhóm các hạt có spin bán nguyên là 1/2. Tuân theo thống kê Fermi-Dirac và nguyên lý loại trừ Pauli. Mỗi hạt fermion đều có một phản hạt riêng. Hạt Fermion là những hạt vật chất.
Chúng được phân loại dựa theo mô hình chuẩn có 12 hương của fermion cơ bản, bao gồm 6 quark và 6 lepton. Không có 2 hạt fermion nào có thể đồng thời chiếm cùng một trạng thái lượng tử. Hạt quark : Là thành phần cơ bản tạo nên hạt tổ hợp Hadron. Diện tích của một hadron bằng tổng điện tích của các quark cấu tạo nên hadron này.
Nên mọi hadron có điện tích là số nguyên tổng: 3 quark tạo thành baryon, 3 phản quark tạo thành phản baryon, 1 quark hoặc 1 phản quark tạo thành meson luôn luôn là các điện tích nguyên. Hạt quark gồm 6 loại là quark up-lên, quark down-xuống, quark charm- duyên, quark strange-lạ, quark top-đỉnh và quark bottom-đáy. Trong đó vật chất chúng ta thấy hàng ngày có hạt nhân gồm neutron và proton, ở đó neutron được tạo thành bởi 3 quark, 1 quark up và 2 quark down còn proton được tạo thành bởi 2 quark up và 1 quark down. Một hương của quark chỉ có thể biến đổi thành một hương khác của quark thông qua tương tác yếu, một trong bốn tương tác cơ bản trong vật lý hạt.
Bằng cách hấp thụ hoặc phát ra một boson W, bất kì một loại quark - lên nào (quark lên, quark duyên, và quark đỉnh) có thể biến đổi thành một loại quark - xuống bất kì (quark xuống, quark lạ, quark đáy) và ngược lại. Tương tác mạnh của các quark trao đổi gluon g giữa chúng được gọi là sắc dộng lực học lượng tử. Theo thuyết sắc động lực học lượng tử trong tương tác mạnh thì mỗi một hương quark có 3 màu. Nhờ đó sự tồn tại của một số hadron là phù hợp với nguyên lý Pauli.
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Thùy Vật lý lý thuyết và Vật lý toán Với J là mô men động lượng toàn phần, B là số baryon, Q là điện tích là spin đồng vị. Các hương quark Tên Kí Khốilượng J B Q I3 Phản Kí gọi hiệu GeV/ hạt hiệu quark Thế hệ thứ nhất Quark Phản lên u 0,005 1/2 +1/3 +2/3 +1/2 lên ̅ Quark Phản xuống d 0,009 1/2 +1/3 -1/3 -1/2 xuống ̅ Thế hệ thứ hai Quark Phản duyên c 1,4 1/2 +1/3 +2/3 0 duyên ̅ Quark Phản lạ s 0,17 1/2 +1/3 -1/3 0 lạ ̅ Thế hệ thứ ba Quark Phản đỉnh t 174 1/2 +1/3 +2/3 0 đỉnh ̅ Quark Phản đáy b 4,4 1/2 +1/3 -1/3 0 đáy ̅ b. Hạt lepton: Lepton là hạt có spin bán nguyên là 1/2, và không tham gia trong tương tác mạnh. Lepton hình thành một nhóm hạt cơ bản phân biệt với các nhóm gauge boson và quark.
Có 12 loại lepton được biết đến, bao gồm 3 loại hạt vật chất là electron , muon và tauon , cùng 3 neutrino tương ứng là neutrino electron , neutrino muon và neutrino tauon và 6 phản hạt của chúng. Các lepton mang điện: Các hạt thì có điện tích là -1, còn các phản hạt có điện tích là + 1. Tất cả các 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Thùy Vật lý lý thuyết và Vật lý toán neutrino và phản neutrino đều có điện tích trung hòa là 0. Số lepton của cùng một loại được giữ ổn định khi hạt tham gia tương tác, được phát biểu trong định luật bảo toàn số lepton.
+ Lepton có số baryon bằng 0, quark có số lepton bằng 0 Bảng 1. Các hương lepton Tên lepton Kí hiệu Điện tích Khối lượng Số lepton (GeV/ ) Electron/phản electron / -1/+1 0,0005 1/-1 Muon/phản muon / -1/+1 0,106 1/-1 Tauon/phản tauon / -1/+1 1,8 1/-1 Neutrino electron / phản neutrino electron / ̅ 0 < 7× 1/-1 Neutrino muon / phản neutrino muon / ̅ 0 < 0,00017 1/-1 Neutrino tauon / phản neutrino tauon / ̅ 0 < 0,017 1/-1 Quark khác lepton ở chỗ: quark có 3 màu còn lepton có 2 màu. Cả hai đều mang điện tích nhưng điện tích của quark không phải là số nguyên mà là +2/3 cho 3 quark u, c, t và -1/3 cho 3 quark d, s, b. Hạt Boson: Là nhóm các hạt sơ cấp có spin nguyên.
Chúng là loại hạt tuân theo thống kê Bose-Einstein nghĩa là có thể tồn tại nhiều hạt trong cùng một trạng thái lượng tử (không tuân thủ nguyên lí Pauli). Gauge boson xuất hiện khi đưa vào đạo hàm hiệp biến thì Lagrangian tự do luôn chứa số hạng động năng, tức là có đạo hàm, nên nó sẽ không bất biến với phép biến đổi định xứ. Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu tả bởi một nhóm unita, gọi là nhóm gauge. Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyễn Thị Thùy Vật lý lý thuyết và Vật lý toán của tương tác yếu là SU(2)xU(1).
Vì vậy, mô hình chuẩn thường được gọi là SU(3)xSU(2)xU(1). Higgs boson là boson duy nhất không phải là gauge boson. Boson là những hạt truyền tương tác.